DE4429268A1

DE4429268A1 - Antrieb für eine verfahrbare Leitungstrommel

Info

Publication number: DE4429268A1
Application number: DE19944429268
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl Ing Berlinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1996-02-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine verfahrbare Leitungstrommel

Verfahrbare Geräte, wie z. B. Krane und Bagger, werden oft über eine von einerortsfesten Anschlußstelle ausgehenden Versorgungsleitung mit elektrischer Energie und/oder Druck luft versorgt. Das verfahrbare Gerät weist eine motorisch angetriebene Leitungstrommel auf, die die Versorgungsleitung aufnimmt und beim Verfahren des Geräts in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg auf- bzw. abwickelt. Dabei ist es er forderlich, die Zugspannung in der Versorgungsleitung weit gehend konstant zu halten, so daß die Versorgungsleitung si cher auf der Leitungstrommel aufgewickelt bzw. von dieser abgewickelt wird und die maximal zulässige Zugspannung nicht überschritten wird. Um dies zu erreichen, wird in der DE-C- 39 21 679 eine Momentenregelung des Antriebs für die Lei tungstrommel vorgeschlagen, die eine Drehwinkelmeßeinrich tung am Rotor des Antriebsmotors zur Messung der Leitungs trommelstellung, der Drehgeschwindigkeit und gegebenenfalls der Drehbeschleunigung benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine verfahrbare Leitungstrommel anzugeben, der insbesondere beim Überfahren der ortsfesten Anschlußstelle der Versor gungsleitung ein optimales Auf- bzw. Abwickeln der Versor gungsleitung ermöglicht und dabei ohne Drehzahlgeber aus kommt und somit besonders einfach ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Antrieb für eine verfahrbare Leitungstrommel mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebs sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Wenn die Versorgungsleitung außerhalb der Umgebung des orts festen Anschlußpunktes auf der Ablage abgelegt bzw. von dieser aufgenommen wird, wird der Antrieb für die Leitungs trommel in bekannter Weise derart gesteuert, daß sich die Auflagestelle, an der die durchhängende Versorgungsleitung erstmalig in Kontakt mit der Ablage kommt, mit derselben Geschwindigkeit wie die Verfahrgeschwindigkeit der Leitungs trommel entlang des Verfahrweges bewegt; dadurch wird die Zugspannung in der Versorgungsleitung konstant gehalten. In der Umgebung der Anschlußstelle der Versorgungsleitung wird jedoch die Auflagestelle von der ortsfesten Anschlußstelle gebildet, über die sich die Leitungstrommel hinwegbewegt. Dabei wird bei dem erfindungsgemäßen Antrieb mittels der Meßschwinge laufend der Winkel der durchhängenden Versor gungsleitung gemessen und in Abhängigkeit davon direkt die Antriebsgeschwindigkeit für die Leitungstrommel gesteuert, ohne daß hierzu weitere Geber, wie z. B. ein Drehzahlgeber, erforderlich sind.

Vorzugsweise wird aus dem erfaßten Winkel der Meßschwinge und dem Höhenabstand der Meßschwinge zu der Ablage die jeweils momentane Länge der durchhängenden Versorgungslei tung berechnet und die Leitungstrommel in Abhängigkeit von der Änderung der berechneten Länge gedreht. Beim Vorbeilauf der Leitungstrommel an der Anschlußstelle ändert sich näm lich die Länge der durchhängenden Versorgungsleitung, was über den Winkel der Meßschwinge erfaßt wird; in Abhängigkeit von der erfaßten Längenänderung wird die Leitungstrommel be wegt und so die Länge der durchhängenden Versorgungsleitung auf ein gewünschtes Maß eingestellt. Dabei erfolgt die Be rechnung und Einstellung der Länge der durchhängenden Ver sorgungsleitung in vorteilhafter Weise auf der Grundlage der mathematischen Gleichung für eine Kettenlinie, so daß die Versorgungsleitung in unmittelbarer Nähe ihres Anschlußpunk tes im wesentlichen tangential zu der Ablage verläuft und so eine unnötige Zugbelastung der Anschlußstelle vermieden wird.

Außerhalb der Umgebung der Anschlußstelle wird die Antriebs geschwindigkeit der Leitungstrommel vorzugsweise im Sinne einer konstanten Zugspannung oder eines konstanten Auslenk winkels der Meßschwinge geregelt. Bei einer vorgegebenen An näherung der Leitungstrommel an die Anschlußstelle wird an stelle der Regelung die zu diesem Zeitpunkt vorliegende mo mentane Antriebsgeschwindigkeit der Leitungstrommel als Ge schwindigkeitsollwert für den weiteren Antrieb der Leitungs trommel herangezogen, so daß bei weiterer Annäherung der Leitungstrommel an die Anschlußstelle der Versorgungsleitung die Meßschwinge mit einem Ausschlag reagiert. Bei einem vor gegebenen Winkelausschlag der Meßschwinge erfolgt dann eine Umschaltung auf die oben erläuterte, von dem erfaßten Winkel der Meßschwinge abhängige Steuerung der Antriebsgeschwindig keit für die Leitungstrommel. Beim Überfahren der Anschluß stelle wird die Meßschwinge kontinuierlich verschwenkt, bis bei Erreichen eines weiteren vorgegebenen Winkelausschlags der Antrieb auf die ursprüngliche Geschwindigkeitsregelung der Leitungstrommel im Sinne einer konstanten Zugspannung oder eines konstanten Auslenkwinkels der Meßschwinge zurück geschaltet wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zei gen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Leitungstrommel, von der eine Versorgungsleitung über eine Meßschwin ge auf eine plane Ablage geführt ist,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung zur Berechnung der Länge der durchhängenden Versorgungs leitung aus dem Auslenkwinkel der Meßschwinge und

Fig. 3 ein Blockschaltbild für den Antrieb der Leitungs trommel.

Fig. 1 zeigt eine Leitungstrommel 1, die an einem hier nicht gezeigten Gerät, wie z. B. einem Bagger oder Kran, angeord net ist. Das Gerät ist mit der daran angeordneten Leitungs trommel 1 in Pfeilrichtung 2 auf einer Bodenoberfläche 3 verfahrbar. Die Leitungstrommel 1 dient zur Aufnahme einer Versorgungsleitung 4, über die das verfahrbare Gerät mit elektrischer Energie und/oder Druckluft versorgt wird. Dazu ist die Versorgungsleitung 4 an einem Ende an einer ortsfe sten Anschlußstelle 5 auf der Bodenoberfläche 3 mit einer hier nicht gezeigten Einrichtung zur Einspeisung der elek trischen Energie bzw. der Druckluft in die Versorgungslei tung 4 fest verbunden.

Beim Verfahren des Geräts wird die Versorgungsleitung 4 von der Leitungstrommel 1 abgewickelt oder auf dieser aufgewic kelt, je nachdem ob sich das Gerät mit der Leitungstrommel 1 von der ortsfesten Anschlußstelle 5 entfernt oder sich die ser nähert. Dabei wird die Versorgungsleitung 4 im Bereich der Leitungstrommel 1 über einen Rollengang 6 geführt, von dessen Ende an die Versorgungsleitung 4 bis auf die als Ab lage dienende Bodenoberfläche 3 durchhängt. Am Ende des Rol lengangs 6 ist eine Meßschwinge 7 angeordnet, über die die Versorgungsleitung 4 geführt ist und die mittels eines Posi tionsgebers 8 den Winkel α zwischen der durchhängenden Ver sorgungsleitung 4 und der Senkrechten 9 zur Ablage 3 erfaßt.

Zur besseren Erläuterung der Erfindung sind die Versorgungs leitung 4 und die Meßschwinge 7 in vier unterschiedlichen Stellungen dargestellt, die sich aus unterschiedlichen Ent fernungen der Leitungstrommel 1 zu der Anschlußstelle 5 er geben. Wenn, wie die beiden äußeren Winkelstellungen der Meßschwinge 7 zeigen, die Leitungstrommel 1 relativ weit von der Anschlußstelle 5 entfernt ist, erfolgt die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit für die Leitungstrommel 1 im Sinne der Einhaltung eines vorgegebenen konstanten Auslenkwinkels α₁ bzw. α₂. Dazu wird der mit der Meßschwinge 7 erfaßte tat sächliche Winkel α laufend mit dem vorgegebenen Auslenkwin kel α₁ bzw. α₂ verglichen. Je nachdem, ob die dabei ermit telte Abweichung positiv oder negativ ist, wird die An triebsgeschwindigkeit für die Leitungstrommel 1 erhöht oder erniedrigt. Aus dem festen Auslenkwinkel α₁ bzw. α₂ ergibt sich ein bestimmter Durchhang der Versorgungsleitung 4 über der Ablage 3 und damit auch eine definierte Zugspannung in der Versorgungsleitung 4. Die Auflagestelle, an der die durchhängende Versorgungsleitung 4 erstmalig in Kontakt mit der Ablage 3 kommt, liegt also in einem definierten Abstand zu der Leitungstrommel 1 und bewegt sich mit derselben Ge schwindigkeit wie die Verfahrgeschwindigkeit der Leitungs trommel 1 entlang des Verfahrweges.

Sobald sich die Leitungstrommel 1 so weit an die Anschluß stelle 5 annähert, daß die sich entlang des Verfahrweges be wegende Auflagestelle der Versorgungsleitung 4 auf der Abla ge 3 die Anschlußstelle 5 erreicht, kann die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit für die Leitungstrommel 1 im Sinne der Einhaltung eines vorgegebenen konstanten Auslenkwinkels nicht mehr aufrechterhalten werden. Statt dessen wird bei einer vorgegebenen Annäherung der Leitungstrommel 1 an die Anschlußstelle 5 der momentane Wert für die Antriebsge schwindigkeit der Leitungstrommel 1 eingefroren und als Ge schwindigkeitssollwert für den Antrieb der Leitungstrommel 1 vorgegeben. Dies hat zur Folge, daß bei der weiteren Ver fahrbewegung der Leitungstrommel 1 die Meßschwinge 7 in Richtung auf die Senkrechte 9 ausgelenkt wird. Sobald dabei die Meßschwinge 7 einen vorgegebenen Winkelausschlag er reicht, erfolgt eine Umschaltung auf eine Steuerung der An triebsgeschwindigkeit der Leitungstrommel 1 in Abhängigkeit von dem jeweils momentanen erfaßten Winkel α der Meßschwinge 7. Diese Steuerung erfolgt in der Weise, daß von der Lei tungstrommel 1 immer ein solch großer Abschnitt der Versor gungsleitung 4 auf- bzw. abgewickelt wird, daß der durchhän gende Abschnitt der Versorgungsleitung 4 in unmittelbarer Nähe der Anschlußstelle 5 im wesentlichen tangential ver läuft. Der Verlauf der durchhängenden Versorgungsleitung 4 entspricht also dem einer frei durchhängenden Kettenlinie, so daß es zu keiner unnötigen Belastung der Versorgungslei tung 4 und der Anschlußstelle 5 kommt. Dementsprechend er folgt die Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit für die Lei tungstrommel 1 auf der Grundlage der mathematischen Glei chung für eine Kettenlinie.

Während des Vorbeifahrens an der Anschlußstelle 5 wird die Meßschwinge 7 von einer Seite der Senkrechten 9 auf die an dere Seite verschwenkt. Sobald dabei ein weiterer vorgege bener Winkelausschlag der Meßschwinge 7 erreicht wird, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel den beiden vorge gebenen Auslenkwinkeln α₁ bzw. α₂ entspricht, wird wieder auf die ursprüngliche Geschwindigkeitsregelung der Leitungs trommel 1 im Sinne einer Einhaltung des vorgegebenen kon stanten Auslenkwinkels α₁ bzw. α₂ umgeschaltet.

Wie oben bereits erläutert wurde, erfolgt die Geschwindig keitssteuerung der Leitungstrommel 1 in der Umgebung der An schlußstelle 5 auf der Grundlage der Gleichung für eine Ket tenlinie. Diese lautet für die Versorgungsleitung 4 bei dem in Fig. 1 gezeigten xy-Koordinatensystem: y = a · cosh x/a. Mit dem Abstand K der Meßschwinge 7 von der Ablage 3 ergibt sich für die Länge L der Versorgungsleitung 4 zwischen der An schlußstelle 5 und der Meßschwinge 7: L = K · (1+|sinα|)/cosα. In Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer entsprechenden Aus werteeinrichtung 10 zur Berechnung der Länge L aus dem gemes senen Winkel α dargestellt.

Wenn die Leitungstrommel 1 an der Anschlußstelle 5 vorbei fährt, ändert sich der mit der Meßschwinge 7 erfaßte Winkel α. Die Auswerteeinrichtung 10 berechnet in Abhängigkeit von diesem gemessenen Winkel α die Länge L, die sich bei einem Verlauf der Versorgungsleitung 4 entsprechend der oben ange gebenen Kettenlinie ergibt. Um zu erreichen, daß der Ketten linienverlauf für die Versorgungsleitung 4 beibehalten wird, wird die Leitungstrommel 1 derart angetrieben, daß sie bei Änderungen der berechneten Länge L die Versorgungsleitung 4 entsprechend diesen Änderungen auf- bzw. abwickelt. Dies wird erreicht, indem die Antriebsgeschwindigkeit der Lei tungstrommel 1 mit der zeitlichen Ableitung der berechneten Länge L gesteuert wird.

Das in Fig. 3 gezeigte Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antriebs zeigt die Meßschwinge 7 mit dem Positionsgeber 8, der als Ausgangssignal den tatsächlichen Winkel α liefert. Wenn die Leitungstrommel 1 relativ weit von der Anschluß stelle 5 entfernt ist, erfolgt die Regelung der Antriebsge schwindigkeit für die Leitungstrommel 1 im Sinne der Einhal tung eines vorgegebenen konstanten Auslenkwinkels α₁ bzw. α₂. In einem Subtrahierglied 11 wird der gemessene Winkel α mit dem vorgegebenen Auslenkwinkel α₁ bzw. α₂ verglichen. Das Vergleichsergebnis wird einem Regler 12 zugeführt, der an seinem Ausgang einen Einstellwert für die Antriebsge schwindigkeit der Leitungstrommel 1 erzeugt. Dieser Ein stellwert wird über ein steuerbares Speicherglied 13, das auf Durchlaß A gesteuert ist, und einen in Schaltstellung A gesteuerten steuerbaren Umschalter 14 einem Umrichter 15 zu geführt, der einen Motor 16, hier ein Asynchronmotor, zum Antrieb der Leitungstrommel 1 ansteuert.

Bei einer vorgegebenen Annäherung der Leitungstrommel 1 an die Anschlußstelle 5 wird das steuerbare Speicherglied 13 durch einen Steuerbefehl S1 in einen Speichermodus B ge schaltet, bei dem der von dem Regler 12 erzeugte momentane Einstellwert für die Antriebsgeschwindigkeit gespeichert und dem Umrichter 15 als Geschwindigkeitssollwert für den Motor 16 und die Leitungstrommel 11 vorgegeben wird. Wenn in einer Vergleichseinrichtung 17 festgestellt wird, daß der gemesse ne Winkel α einen vorgegebenen Winkelausschlag α₃ erreicht, wird der Umschalter 14 in die Schaltstellung B umgeschaltet. Jetzt wird der Umrichter 15 in Abhängigkeit von der in einem Differenzierglied 18 gebildeten zeitlichen Ableitung des Ausgangssignals L der Auswerteeinrichtung 10 gesteuert. Wenn die Meßschwinge 7 nach dem Verschwenken einen weiteren vor gegebenen Winkelausschlag α₄ erreicht, wird der Umschalter 14 wieder in die Schaltstellung A zurückgeschaltet; das Speicherglied 13 befindet sich dann wieder im Durchlaßmodus A.

Claims

1. Antrieb für eine verfahrbare Leitungstrommel (1), die eine Versorgungsleitung (4) aufnimmt, welche beim Verfahren der Leitungstrommel (1) auf- bzw. abgewickelt und dabei auf einer Ablage (3) abgelegt bzw. von dieser aufgenommen wird, wobei die Versorgungsleitung (4) im Bereich der Ablage (3) an einer ortsfesten Anschlußstelle (5) angeschlossen ist, wobei die Versorgungsleitung (4) ferner im Bereich zwischen der Leitungstrommel (1) und der Ablage (3) über eine Meß schwinge (7) geführt ist, die den Winkel (α) der von der Meßschwinge (7) an bis auf die Ablage (3) durchhängenden Versorgungsleitung (4) erfaßt, und wobei beim Überfahren der Anschlußstelle (5) die Antriebsgeschwindigkeit für die Leitungstrommel (1) in Abhängigkeit von dem erfaßten Winkel (α) gesteuert wird.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erfaßten Winkel (α) der Meßschwinge (7) und dem Höhenabstand (K) der Meßschwinge (7) zu der Ablage (3) die jeweils momentane Länge (L) der durchhängenden Versorgungs leitung (4) berechnet wird und daß die Leitungstrommel (1) durch den Antrieb in Abhängigkeit von der Änderung der be rechneten Länge (L) gedreht wird.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L der durchhängenden Versorgungsleitung (4) mit L = K · (1+|sinα|)/cosα berechnet wird, wobei K den Hö henabstand der Meßschwinge (7) zu der Ablage (3) und (α) den momentanen Winkel der Meßschwinge (7) bezüglich der Senk rechten (9) zur Ablage (3) bezeichnen, daß von der so er haltenen Länge L die zeitliche Ableitung gebildet wird und daß mit der so erhaltenen zeitlichen Ableitung die An triebsgeschwindigkeit der Leitungstrommel (1) gesteuert wird.

4. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsgeschwindigkeit der Leitungstrommel (1) außerhalb der Umgebung der Anschlußstelle (5) der Versor gungsleitung (4) im Sinne einer konstanten Zugspannung der Versorgungsleitung (4) oder eines konstanten Auslenkwinkels (α₁, α₂) der Meßschwinge (7) geregelt wird.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von einer vorgegebenen Annäherung der Leitungstrommel (1) an die Anschlußstelle (5) an die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Antriebsgeschwindigkeit als Geschwindigkeits sollwert für den Antrieb der Leitungstrommel (1) herangezo gen wird, daß bei einem daraufhin erfolgenden vorgegebenen Winkelausschlag (α₃) der Meßschwinge (7) eine Umschaltung auf die von dem erfaßten Winkel (α) der Meßschwinge (7) ab hängige Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit erfolgt und daß bei einem weiteren vorgegebenen Winkelausschlag (α₄) der Meßschwinge (7) auf die ursprüngliche Geschwindigkeits regelung der Leitungstrommel (1) im Sinne einer konstanten Zugspannung der Versorgungsleitung (4) oder eines konstan ten Auslenkwinkels (α₁, α₂) der Meßschwinge (7) zurückge schaltet wird.

6. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßschwinge (7) eine Auswerteeinrichtung (10) zur Ermittlung der Länge (L) der durchhängenden Versorgungslei tung (4) aus dem momentan erfaßten Winkel (α) der Meß schwinge (7) und deren Höhenabstand (K) zu der Ablage (3) nachgeordnet ist, daß der Auswerteeinrichtung (10) ein Dif ferenzierglied (18) folgt und daß das Ausgangssignal des Differenziergliedes (18) einer Antriebssteuerung (15), vor zugsweise einem Umrichter, zur Steuerung der Antriebsge schwindigkeit der Leitungstrommel (1) zugeführt ist.